Logaritmiska vienība, kas mēra skaņas spiediena līmeni

dB SPL (skaņas spiediena līmenis) mēra skaņas spiedienu attiecībā pret 20 µPa, cilvēka dzirdamības slieksni. Logaritmiskā skala nozīmē, ka +10 dB = 10× spiediena palielinājums, +20 dB = 100× spiediena palielinājums, bet tikai 2× uztvertais skaļums cilvēka dzirdes nelinearitātes dēļ.

Piemērs: Sarunai pie 60 dB ir 1000× lielāks spiediens nekā dzirdamības slieksnim pie 0 dB, bet tā subjektīvi skan tikai 16× skaļāk.

Fizikāls spēks uz laukuma vienību, ko rada skaņas viļņi

Skaņas spiediens ir momentāna spiediena svārstība, ko rada skaņas vilnis, un to mēra paskālos (Pa). Tas svārstās no 20 µPa (tikko dzirdams) līdz 200 Pa (sāpīgi skaļš). Nepārtrauktām skaņām parasti ziņo RMS (kvadrātsaknes vidējais) spiedienu.

Piemērs: Normāla runa rada 0,02 Pa (63 dB). Rokkoncerts sasniedz 2 Pa (100 dB) — 100× lielāks spiediens, bet uztverē tikai 6× skaļāk.

Akustiskā jauda uz laukuma vienību

Skaņas intensitāte mēra akustiskās enerģijas plūsmu caur virsmu vatos uz kvadrātmetru. Tā ir saistīta ar spiediena kvadrātu un ir fundamentāla skaņas jaudas aprēķināšanā. Dzirdamības slieksnis ir 10⁻¹² W/m², savukārt reaktīvais dzinējs tuvā attālumā rada 1 W/m².

Piemērs: Čukstam ir 10⁻¹⁰ W/m² intensitāte (20 dB). Sāpju slieksnis ir 1 W/m² (120 dB) — triljons reižu intensīvāks.

Izgudrots fonogrāfs

Tomass Edisons izgudro fonogrāfu, kas ļauj veikt pirmos skaņas ierakstus un atskaņošanu, rosinot interesi par audio līmeņu kvantitatīvu noteikšanu.

Ieviests decibels

Bell Telephone Laboratories ievieš decibelu, lai mērītu pārraides zudumus telefona kabeļos. Nosaukts Aleksandra Greiema Bella vārdā, tas ātri kļūst par standartu audio mērījumiem.

Flečera-Mansona līknes

Hārvijs Flečers un Vaildens A. Mansons publicē vienāda skaļuma kontūras, kas parāda no frekvences atkarīgo dzirdes jutību, liekot pamatus A svēršanai un fonu skalai.

Skaņas līmeņa mērītājs

Izstrādāts pirmais komerciālais skaņas līmeņa mērītājs, kas standartizē trokšņa mērīšanu rūpnieciskiem un vides pielietojumiem.

Standartizēta sonu skala

Stenlijs Smits Stīvenss formalizē sonu skalu (ISO 532), nodrošinot lineāru uztvertā skaļuma mēru, kur sonu dubultošana = uztvertā skaļuma dubultošana.

OSHA standarti

ASV Arodveselības un darba drošības pārvalde (OSHA) nosaka trokšņa iedarbības robežvērtības (85-90 dB TWA), padarot skaņas mērīšanu kritiski svarīgu darba vietas drošībai.

ISO 226 pārskatīšana

Atjauninātas vienāda skaļuma kontūras, kas balstītas uz mūsdienu pētījumiem, precizējot fonu mērījumus un A svēršanas precizitāti dažādās frekvencēs.

Digitālā audio standarti

LUFS (skaļuma vienības attiecībā pret pilnu skalu) tiek standartizētas apraidei un straumēšanai, aizstājot tikai maksimuma mērījumus ar uztveres balstītu skaļuma mērīšanu.

• **+3 dB = jaudas dubultošana** (vairumam cilvēku tikko pamanāms)
• **+6 dB = spiediena dubultošana** (apgrieztā kvadrāta likums, attāluma samazināšana uz pusi)
• **+10 dB ≈ 2× skaļāk** (uztvertais skaļums dubultojas)
• **+20 dB = 10× spiediens** (divas dekādes uz logaritmiskās skalas)
• **60 dB SPL ≈ normāla saruna** (1 metra attālumā)
• **85 dB = OSHA 8 stundu robežvērtība** (dzirdes aizsardzības slieksnis)
• **120 dB = sāpju slieksnis** (tūlītējs diskomforts)

• **Vienādi avoti:** 80 dB + 80 dB = 83 dB (nevis 160!)
• **10 dB atstarpe:** 90 dB + 80 dB ≈ 90,4 dB (klusākajam avotam gandrīz nav nozīmes)
• **20 dB atstarpe:** 90 dB + 70 dB ≈ 90,04 dB (nenozīmīgs ieguldījums)
• **Avotu dubultošana:** N vienādi avoti = sākotnējais + 10×log₁₀(N) dB
• **10 vienādi 80 dB avoti = 90 dB kopā** (nevis 800 dB!)

• **0 dB SPL** = 20 µPa = dzirdamības slieksnis
• **20 dB** = čuksti, klusa bibliotēka
• **60 dB** = normāla saruna, birojs
• **85 dB** = intensīva satiksme, dzirdes risks
• **100 dB** = naktsklubs, motorzāģis
• **120 dB** = rokkoncerts, pērkons
• **140 dB** = šāviens, tuvumā esošs reaktīvais dzinējs
• **194 dB** = teorētiskais maksimums atmosfērā

• **Nekad nesaskaitiet dB aritmētiski** — izmantojiet logaritmiskās saskaitīšanas formulas
• **dBA ≠ dB SPL** — A svēršana samazina basus, tieša konvertēšana nav iespējama
• **Attāluma dubultošana** ≠ puse no līmeņa (tas ir -6 dB, nevis -50%)
• **3 dB tikko pamanāms,** nevis 3× skaļāk — uztvere ir logaritmiska
• **0 dB ≠ klusums** — tas ir atskaites punkts (20 µPa), var būt negatīvs
• **fons ≠ dB** izņemot 1 kHz — no frekvences atkarīgs vienāds skaļums

Trīs iemesli padara logaritmisko mērīšanu būtisku:

• Cilvēka uztvere: Ausis reaģē logaritmiski — spiediena dubultošana skan kā +6 dB, nevis 2×
• Diapazona saspiešana: 0-140 dB pret 20 µPa - 200 Pa (nepraktiski ikdienas lietošanai)
• Reizināšana kļūst par saskaitīšanu: Skaņas avotu apvienošana izmanto vienkāršu saskaitīšanu
• Dabiska mērogošana: 10 reizes faktori kļūst par vienādiem soļiem (20 dB, 30 dB, 40 dB...)

Logaritmiskā skala ir pretrunīga. Izvairieties no šīm kļūdām:

• 60 dB + 60 dB = 63 dB (nevis 120 dB!) — logaritmiskā saskaitīšana
• 90 dB - 80 dB ≠ 10 dB atšķirība — atņemiet vērtības, pēc tam antilogaritms
• Attāluma dubultošana samazina līmeni par 6 dB (nevis 50%)
• Jaudas samazināšana uz pusi = -3 dB (nevis -50%)
• 3 dB pieaugums = 2× jauda (tikko pamanāms), 10 dB = 2× skaļums (skaidri dzirdams)

Skaņas līmeņa aprēķinu pamatvienādojumi:

• Spiediens: dB SPL = 20 × log₁₀(P / 20µPa)
• Intensitāte: dB IL = 10 × log₁₀(I / 10⁻¹²W/m²)
• Jauda: dB SWL = 10 × log₁₀(W / 10⁻¹²W)
• Vienādu avotu apvienošana: L_total = L + 10×log₁₀(n), kur n = avotu skaits
• Attāluma likums: L₂ = L₁ - 20×log₁₀(r₂/r₁) punktveida avotiem

Jūs nevarat saskaitīt decibelus aritmētiski. Izmantojiet logaritmisko saskaitīšanu:

• Divi vienādi avoti: L_total = L_single + 3 dB (piem., 80 dB + 80 dB = 83 dB)
• Desmit vienādi avoti: L_total = L_single + 10 dB
• Dažādi līmeņi: Pārveidojiet uz lineāru, saskaitiet, pārveidojiet atpakaļ (sarežģīti)
• Īkšķa likums: Avotu, kas atšķiras par 10+ dB, pievienošana gandrīz nepalielina kopējo summu (<0,5 dB)
• Piemērs: 90 dB mašīna + 70 dB fons = 90,04 dB (tikko pamanāms)

Skaļuma līmeņa vienība, kas attiecināta uz 1 kHz

Fonu vērtības seko vienāda skaļuma kontūrām (ISO 226:2003). Skaņai ar N fonu līmeni ir tāds pats uztvertais skaļums kā N dB SPL pie 1 kHz. Pie 1 kHz fons = dB SPL precīzi. Citās frekvencēs tās krasi atšķiras ausu jutības dēļ.

• 1 kHz atskaite: 60 foni = 60 dB SPL pie 1 kHz (pēc definīcijas)
• 100 Hz: 60 foni ≈ 70 dB SPL (+10 dB nepieciešami vienādam skaļumam)
• 50 Hz: 60 foni ≈ 80 dB SPL (+20 dB nepieciešami — bass skan klusāk)
• 4 kHz: 60 foni ≈ 55 dB SPL (-5 dB — ausu jutības maksimums)
• Pielietojums: Audio ekvalaizācija, dzirdes aparātu kalibrēšana, skaņas kvalitātes novērtēšana
• Ierobežojums: Atkarīgs no frekvences; nepieciešami tīri toņi vai spektra analīze

Subjektīvā skaļuma lineāra vienība

Soni kvantitatīvi nosaka uztverto skaļumu lineāri: 2 soni skan divreiz skaļāk nekā 1 sons. Definēts ar Stīvensa jaudas likumu, 1 sons = 40 foni. Sonu dubultošana = +10 foni = +10 dB pie 1 kHz.

• 1 sons = 40 foni = 40 dB SPL pie 1 kHz (definīcija)
• Dubultošana: 2 soni = 50 foni, 4 soni = 60 foni, 8 soni = 70 foni
• Stīvensa likums: Uztvertais skaļums ∝ (intensitāte)^0,3 vidēja līmeņa skaņām
• Reālā pasaule: Saruna (1 sons), putekļsūcējs (4 soni), motorzāģis (64 soni)
• Pielietojums: Produktu trokšņa novērtējumi, ierīču salīdzinājumi, subjektīvs novērtējums
• Priekšrocība: Intuitīvs — 4 soni burtiski skan 4× skaļāk nekā 1 sons

Profesionālais audio plaši izmanto dB signāla līmeņiem, miksēšanai un masteringam:

• 0 dBFS (pilna skala): Maksimālais digitālais līmenis pirms apgriešanas
• Miksēšana: Mērķis no -6 līdz -3 dBFS maksimums, no -12 līdz -9 dBFS RMS rezervei
• Masterings: -14 LUFS (skaļuma vienības) straumēšanai, -9 LUFS radio
• Signāla un trokšņa attiecība: >90 dB profesionālai aparatūrai, >100 dB audiofiliem
• Dinamiskais diapazons: Klasiskā mūzika 60+ dB, popmūzika 6-12 dB (skaļuma karš)
• Telpu akustika: RT60 reverberācijas laiks, -3 dB pret -6 dB krituma punkti

Darba vietas trokšņa iedarbības robežvērtības novērš dzirdes zudumu:

• OSHA: 85 dB = 8 stundu TWA (laika svērtais vidējais) darbības līmenis
• 90 dB: 8 stundu maksimālā iedarbība bez aizsardzības
• 95 dB: 4 stundas maks., 100 dB: 2 stundas, 105 dB: 1 stunda (pusēšanas likums)
• 115 dB: 15 minūtes maks. bez aizsardzības
• 140 dB: Tūlītējas briesmas — dzirdes aizsardzība obligāta
• Dozimetrija: Kumulatīvās iedarbības uzskaite, izmantojot trokšņa dozimetrus

Vides noteikumi aizsargā sabiedrības veselību un dzīves kvalitāti:

• PVO vadlīnijas: <55 dB dienā, <40 dB naktī ārā
• EPA: Ldn (dienas-nakts vidējais) <70 dB, lai novērstu dzirdes zudumu
• Lidmašīnas: FAA pieprasa trokšņa kontūras lidostām (65 dB DNL robežvērtība)
• Būvniecība: Vietējās robežvērtības parasti ir 80-90 dB pie īpašuma robežas
• Satiksme: Lielceļu trokšņa barjeras mērķē uz 10-15 dB samazinājumu
• Mērīšana: dBA svēršana aptuveni atbilst cilvēka traucējuma reakcijai

Akustiskā projektēšana prasa precīzu skaņas līmeņa kontroli:

• Runas saprotamība: Mērķis 65-70 dB klausītājam, <35 dB fons
• Koncertzāles: 80-95 dB maksimums, 2-2,5 s reverberācijas laiks
• Ierakstu studijas: NC 15-20 (trokšņa kritēriju līknes), <25 dB apkārtējais troksnis
• Klases telpas: <35 dB fons, 15+ dB runas un trokšņa attiecība
• STC novērtējumi: Skaņas caurlaidības klase (sienu izolācijas veiktspēja)
• NRC: Trokšņa samazināšanas koeficients absorbējošiem materiāliem

• Izmantojiet kalibrētus 1. vai 2. klases skaņas līmeņa mērītājus (IEC 61672)
• Kalibrējiet pirms katras sesijas ar akustisko kalibratoru (94 vai 114 dB)
• Novietojiet mikrofonu prom no atstarojošām virsmām (tipisks augstums 1,2-1,5 m)
• Izmantojiet lēnu reakciju (1s) stabilām skaņām, ātru (125ms) mainīgām
• Uzlieciet vēja aizsargu ārā (vēja troksnis sākas pie 12 mph / 5 m/s)
• Ierakstiet 15+ minūtes, lai fiksētu laika svārstības

• A svēršana (dBA): Vispārējs mērķis, vides, darba troksnis
• C svēršana (dBC): Maksimālo vērtību mērījumi, zemas frekvences novērtēšana
• Z svēršana (dBZ): Plakana reakcija pilnai spektra analīzei
• Nekad nekonvertējiet dBA ↔ dBC — atkarīgs no frekvenču satura
• A svēršana aptuveni atbilst 40 fonu kontūrai (mērens skaļums)
• Izmantojiet oktāvu joslu analīzi detalizētai frekvenču informācijai

• Vienmēr norādiet: dB SPL, dBA, dBC, dBZ (nekad tikai 'dB')
• Ziņojiet par laika svēršanu: Ātra, Lēna, Impulsa
• Iekļaujiet attālumu, mērīšanas augstumu un orientāciju
• Atsevišķi atzīmējiet fona trokšņa līmeņus
• Ziņojiet par Leq (ekvivalento nepārtraukto līmeni) mainīgām skaņām
• Iekļaujiet mērījumu nenoteiktību (parasti ±1-2 dB)

• 85 dB: Apsveriet aizsardzību ilgstošai iedarbībai (>8 stundas)
• 90 dB: Obligāta aizsardzība pēc 8 stundām (OSHA)
• 100 dB: Lietojiet aizsardzību pēc 2 stundām
• 110 dB: Aizsargājieties pēc 30 minūtēm, dubulta aizsardzība virs 115 dB
• Ausu aizbāžņi: 15-30 dB samazinājums, austiņas: 20-35 dB
• Nekad nepārsniedziet 140 dB pat ar aizsardzību — fiziskas traumas risks

Zilie vaļi zem ūdens rada līdz 188 dB SPL skaņas — skaļākā bioloģiskā skaņa uz Zemes. Šīs zemas frekvences skaņas (15-20 Hz) var ceļot simtiem jūdžu pa okeānu, ļaujot vaļiem sazināties lielos attālumos.

Pasaules klusākā telpa (Microsoft, Redmond) mēra -20,6 dB SPL — klusāk par dzirdamības slieksni. Cilvēki var dzirdēt savu sirdsdarbību, asinsriti un pat kuņģa kurkstēšanu. Neviens nav uzturējies ilgāk par 45 minūtēm dezorientācijas dēļ.

Skaļākā skaņa reģistrētajā vēsturē: 310 dB SPL pie avota, dzirdama 3000 jūdžu attālumā. Spiediena vilnis apriņķoja Zemi 4 reizes. Jūrnieki 40 jūdžu attālumā cieta no bungādiņu plīsumiem. Šāda intensitāte nevar pastāvēt normālā atmosfērā — tā rada triecienviļņus.

194 dB SPL ir teorētiskais maksimums Zemes atmosfērā jūras līmenī — pārsniedzot to, jūs radāt triecienvilni (sprādzienu), nevis skaņas vilni. Pie 194 dB retinājums ir vienāds ar vakuumu (0 Pa), tāpēc skaņa kļūst nepārtraukta.

Suņi dzird 67-45 000 Hz (salīdzinājumā ar cilvēkiem 20-20 000 Hz) un uztver skaņas 4 reizes tālāk. Viņu dzirdes jutība sasniedz maksimumu ap 8 kHz — 10 dB jutīgāk nekā cilvēkiem. Tāpēc suņu svilpes darbojas: 23-54 kHz, cilvēkiem nedzirdamas.

Kinoteātri mērķē uz 85 dB SPL vidējo (Leq) ar 105 dB maksimumiem (Dolby specifikācija). Tas ir par 20 dB skaļāk nekā mājas skatīšanās. Paplašināta zemas frekvences reakcija: 20 Hz zemfrekvences skaļruņi nodrošina reālistiskus sprādzienus un triecienus — mājas sistēmas parasti nogriež pie 40-50 Hz.

dBA piemēro no frekvences atkarīgu svēršanu, kas vājina zemas frekvences. 100 Hz tonis pie 80 dB SPL mēra ~70 dBA (-10 dB svēršana), savukārt 1 kHz pie 80 dB SPL mēra 80 dBA (bez svēršanas). Nezinot frekvenču spektru, konvertēšana nav iespējama. Jums būtu nepieciešama FFT analīze un apgrieztās A svēršanas līknes piemērošana.

+3 dB = jaudas vai intensitātes dubultošana, bet tikai 1,4 reizes spiediena palielinājums. Cilvēka uztvere seko logaritmiskai reakcijai: 10 dB palielinājums skan apmēram 2 reizes skaļāk. 3 dB ir mazākā izmaiņa, ko vairums cilvēku konstatē kontrolētos apstākļos; reālā vidē ir nepieciešami 5+ dB.

Jūs nevarat saskaitīt decibelus aritmētiski. Vienādiem līmeņiem: L_total = L + 3 dB. Dažādiem līmeņiem: pārveidojiet uz lineāru (10^(dB/10)), saskaitiet, pārveidojiet atpakaļ (10×log₁₀). Piemērs: 80 dB + 80 dB = 83 dB (nevis 160 dB!). Īkšķa likums: avots, kas ir par 10+ dB klusāks, kopējam līmenim pievieno <0,5 dB.

dB SPL: Nesvērts skaņas spiediena līmenis. dBA: A svērts (aptuveni atbilst cilvēka dzirdei, vājina basus). dBC: C svērts (gandrīz plakans, minimāla filtrēšana). Izmantojiet dBA vispārējam, vides, darba troksnim. Izmantojiet dBC maksimuma mērījumiem un zemas frekvences novērtēšanai. Tie mēra vienu un to pašu skaņu atšķirīgi — nav tiešas konvertēšanas.

Skaņa seko apgrieztā kvadrāta likumam: attāluma dubultošana samazina intensitāti par ¼ (nevis ½). dB: katra attāluma dubultošana = -6 dB. Piemērs: 90 dB pie 1 m kļūst par 84 dB pie 2 m, 78 dB pie 4 m, 72 dB pie 8 m. Tas pieņem punktveida avotu brīvā laukā — telpās ir atspīdumi, kas to sarežģī.

Jā! 0 dB SPL ir atskaites punkts (20 µPa), nevis klusums. Negatīvi dB nozīmē klusāku par atskaites punktu. Piemērs: -10 dB SPL = 6,3 µPa. Bezatbalss kameras mēra līdz -20 dB. Tomēr termiskais troksnis (molekulārā kustība) nosaka absolūtu robežu ap -23 dB istabas temperatūrā.

Precizitāte un kalibrēšana. 1. klases mērītāji atbilst IEC 61672 (±0,7 dB, 10 Hz-20 kHz). Lēti mērītāji: ±2-5 dB kļūda, slikta zemas/augstas frekvences reakcija, bez kalibrēšanas. Profesionālai lietošanai nepieciešama izsekojama kalibrēšana, reģistrēšana, oktāvu analīze un izturība. Juridiskā/OSHA atbilstība prasa sertificētu aprīkojumu.

Pie 1 kHz: fons = dB SPL precīzi (pēc definīcijas). Citās frekvencēs: tās atšķiras ausu jutības dēļ. Piemērs: 60 foniem nepieciešams 60 dB pie 1 kHz, bet 70 dB pie 100 Hz (+10 dB) un 55 dB pie 4 kHz (-5 dB). Fons ņem vērā vienāda skaļuma kontūras, dB ne.